CN104632485A - 船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统 - Google Patents

Abstract

一种船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，包括燃油供给部分和共轨喷油器；其中，燃油供给部分向共轨喷油器供给燃油和伺服油；在共轨喷油器中，增压活塞与增压活塞体之间形成增压活塞上腔和增压活塞下腔，增压活塞控制阀控制燃油供给部分与增压活塞上腔的连通或是切断，实现燃油的增压或是吸油，燃油喷射控制电磁阀对喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制，增压活塞下腔内的经增压的高压燃油分为两路，一路进入控制腔，另一路进入盛油槽。本发明采用两个电磁阀控制，并且燃油同时用作燃料和伺服油，简化了结构，降低了成本，实现了燃油增压和喷射的相互独立以及多次喷射，达到了喷油定时、喷油规律和循环喷油量的更精确控制，提高了柴油机的燃油经济性和改善了排放性。

Description

船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统

技术领域

本发明涉及一种发动机喷油器，具体涉及一种船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，属于柴油机技术领域。

背景技术

柴油机共轨燃油喷射系统可以实现对喷油定时、循环喷油量的精确柔性控制，是大功率船用柴油机实现高燃油经济性和低有害物排放的有效手段。Caterpillar公司研发的一款蓄压式中压共轨燃油喷射系统，使用二位三通电磁阀对增压活塞的运动进行控制，实现了燃油喷射压力和发动机转速的相互独立，但是燃油增压过程和燃油喷射过程仍然相互关联，无法相互独立，因此在一次燃油增压过程中无法实现多次喷射。

中国专利CN 102392771A采用二位三通电磁阀来代替中国专利CN 102022241A上对增压活塞运动进行控制的二位二通电磁控制平板阀，不仅实现了燃油增压过程和燃油喷射过程的相互独立，而且解决了采用平板阀带来的高压密封性的问题。但其不足之处在于，该专利同专利CN 102022241A、CN 102705121A一样，都是通过对增压活塞小头下方控制腔内燃油泄油、充油的控制，实现对增压活塞运动的控制，从而完成燃油增压过程和吸油过程，然而这种对增压活塞运动的控制方式需要对控制腔上的进油节流孔和泄油节流孔进行精确匹配，这必然造成加工成本上升，制造难度增大，而且由于增压活塞大头上部始终有高压燃油作用，当增压活塞向上复位时，由于高压燃油产生向下的作用力，增压活塞很难快速复位，这将明显减少有效充油时间，限制了柴油机功率的覆盖范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，通过对增压活塞控制电磁阀和燃油喷射控制电磁阀的精确柔性控制，实现燃油增压过程和燃油喷射过程的完全独立，满足柴油机全工况下理想喷油规律的要求，以提高柴油机的燃油经济性和降低有害物的排放。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，其包括燃油供给部分和共轨喷油器；

所述燃油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给燃油和伺服油；

所述共轨喷油器包括增压活塞控制阀、增压活塞、增压活塞大头复位弹簧、增压活塞体、燃油进油油路、燃油喷射控制电磁阀、控制腔体、控制腔、进油节流孔、泄油节流孔、泄油油路、喷油器体、针阀、针阀复位弹簧和高压燃油油路；其中，

增压活塞位于共轨喷油器的上部并设置于增压活塞体的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头和增压活塞小头组成，该增压活塞大头与增压活塞体之间形成增压活塞上腔，该增压活塞小头与增压活塞体之间形成增压活塞下腔，增压活塞大头复位弹簧设于增压活塞体的内腔中且使得增压活塞大头在所述增压活塞上腔不充油的情况下始终位于上部；

增压活塞控制阀布置在共轨喷油器的上部且与燃油供给部分连接，该增压活塞控制阀的工作腔与所述增压活塞上腔相连通，该增压活塞控制阀控制燃油供给部分与该增压活塞上腔的连通或是切断，以实现燃油的增压或是燃油的吸油；

设置于增压活塞体内的燃油进油油路分别连通所述增压活塞下腔和燃油供给部分，该燃油供给部分通过燃油进油油路向该增压活塞下腔内充油以完成燃油的吸油；

燃油喷射控制电磁阀位于增压活塞的下方，对喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制；

控制腔体位于燃油喷射控制电磁阀的下侧，控制腔、进油节流孔和泄油节流孔设置于该控制腔体内，控制腔分别与进油节流孔和泄油节流孔连通，该泄油节流孔通过燃油喷射控制电磁阀与泄油油路连通或是切断；

喷油器体位于控制腔体的下侧，所述针阀安装于该喷油器体的内腔中，在针阀复位弹簧的作用下，该针阀与喷油器体上的针阀座紧密贴合，针阀与喷油器体之间形成有盛油槽，高压燃油油路设于喷油器体内部且与该盛油槽相连通；

增压活塞下腔同时与高压燃油油路和进油节流孔连通，该增压活塞下腔内的经增压的高压燃油分为两路，一路通过进油节流孔进入到控制腔内，另一路通过高压燃油油路进入到所述盛油槽内。

作为进一步改进，所述的增压活塞大头的直径大于所述增压活塞小头的直径，形成一定的增压比。

作为进一步改进，所述的增压活塞控制阀为二位三通电磁控制阀；所述燃油喷射控制电磁阀为二位二通液力平衡式高速电磁阀，内部设有电磁铁线圈、带有衔铁的阀杆、阀杆座和衔铁复位弹簧，其中，带有衔铁的阀杆设于电磁铁线圈的下面，在不通电时，在衔铁复位弹簧的作用下，带有衔铁的阀杆落座在位于其下方的阀杆座上，切断所述泄油节流孔与连通外部的所述泄油油路的通路；在通电后，电磁铁线圈产生向上的电磁力，带有衔铁的阀杆在电磁力的作用下向上运动，打开所述泄油节流孔与该泄油油路的通路。

作为进一步改进，所述的燃油供给部分包括燃油箱、燃油过滤器、燃油输油泵、单向阀、燃油进油管、伺服油进油管和伺服油回油管；所述燃油进油管连接所述共轨喷油器的燃油进油油路，所述伺服油进油管连接所述共轨喷油器的增压活塞控制阀，所述伺服油回油管一端连接所述燃油箱，另一端连接所述增压活塞控制阀；所述燃油箱中的低压燃油依次通过所述燃油过滤器和燃油输油泵后分为两路，一路依次通过单向阀、燃油进油管和燃油进油油路进入所述共轨喷油器的增压活塞下腔以完成燃油的吸油，另一路作为增压活塞的驱动伺服油，依次通过所述伺服油进油管和增压活塞控制阀上的油口进入到所述共轨喷油器的增压活塞上腔以实现燃油的增压。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明中，低压燃油的一路作为伺服油对增压活塞下腔内的燃油进行增压，系统中取消了伺服油供给系统，简化了系统结构，降低了加工成本；

2、由于所述喷油器内置增压活塞，系统只在增压阶段才有高压燃油的存在，其他阶段均为低压燃油，因此提高了整个系统工作的可靠性和安全性；

3、系统通过对增压活塞控制阀和燃油喷射控制电磁阀的精确控制，实现了更加灵活的燃油喷射策略，可以更加精确的进行全工况喷油定时、喷油规律和循环喷油量的精确控制，有效提高了船用低速柴油机燃油经济性和改善排放性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的共轨喷油器的结构示意图。

图中，

A燃油供给部分，B共轨喷油器，1燃油箱，2燃油过滤器，3燃油输油泵，4单向阀，5燃油进油管，6伺服油进油管，7伺服油回油管，8增压活塞控制阀，9增压活塞大头，10增压活塞小头，11增压活塞上腔，12增压活塞下腔，13增压活塞体，14增压活塞大头复位弹簧，15燃油进油油路，16燃油喷射控制电磁阀，17电磁铁线圈，18带有衔铁的阀杆，19阀杆座，20衔铁复位弹簧，21控制腔体，22控制腔，23进油节流孔，24泄油节流孔，25泄油油路，26喷油器体，27针阀，28针阀复位弹簧，29针阀座，30盛油槽，31高压燃油油路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明，以求更为清楚地理解本发明的结构和使用过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明所述的船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统包括相互连接的燃油供给部分A和共轨喷油器B两大部分。

请参阅图1，燃油供给部分A包括燃油箱1、燃油过滤器2、燃油输油泵3、单向阀4、燃油进油管5、伺服油进油管6和伺服油回油管7。所述燃油进油管5和伺服油进油管6连接所述共轨喷油器B，所述伺服油回油管7一端连接所述燃油箱1，另一端连接所述共轨喷油器B；所述燃油箱1中的低压燃油依次通过所述燃油过滤器2和燃油输油泵3后分为两路，低压燃油的一路依次通过单向阀4和燃油进油管5进入到所述共轨喷油器B的相应油路内以完成燃油的吸油，低压燃油的另一路作为增压活塞的驱动伺服油，依次通过所述伺服油进油管6和共轨喷油器B的增压活塞控制阀8上的油口进入到该共轨喷油器B的增压部分以实现燃油的增压。

所述共轨喷油器B包括增压活塞控制阀8、增压活塞、增压活塞上腔11、增压活塞下腔12、增压活塞体13、增压活塞大头复位弹簧14、燃油进油油路15、燃油喷射控制电磁阀16、电磁铁线圈17、带有衔铁的阀杆18、阀杆座19、衔铁复位弹簧20、控制腔体21、控制腔22、进油节流孔23、泄油节流孔24、泄油油路25、喷油器体26、针阀27、针阀复位弹簧28、针阀座29、盛油槽30和高压燃油油路31。

请参阅图2，所述增压活塞位于所述共轨喷油器B的上部并设置于所述增压活塞体13的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头9和增压活塞小头10组成，该增压活塞大头9的直径大于所述增压活塞小头10的直径，形成一定的增压比；所述增压活塞大头9与增压活塞体13之间形成增压活塞上腔11，该增压活塞小头10与增压活塞体13之间形成增压活塞下腔12，所述增压活塞大头复位弹簧14设于所述增压活塞体13的内腔中，且使得所述增压活塞大头9在增压活塞上腔11不充油的情况下始终位于上部。所述增压活塞控制阀8为二位三通电磁控制阀，布置在共轨喷油器B的上部，增压活塞控制阀8的工作腔与增压活塞上腔11相通，所述伺服油进油管6和伺服油回油管7连接所述增压活塞控制阀8，并且该增压活塞控制阀8根据外部控制单元的指令控制所述伺服油进油管6与所述增压活塞上腔11连通，或是与所述伺服油回油管7连通，从而实现燃油的增压或是燃油的吸油。所述燃油进油油路15设置于所述增压活塞体13内，并且一端连通所述增压活塞下腔12，另一端连接所述燃油供给部分A的燃油进油管5，该燃油供给部分A通过所述燃油进油油路15向所述增压活塞下腔12内充油以完成燃油的吸油。

所述燃油喷射控制电磁阀16为二位二通液力平衡式高速电磁阀，位于所述增压活塞的下方，内部设有电磁铁线圈17、带有衔铁的阀杆18、阀杆座19和衔铁复位弹簧20，其中，带有衔铁的阀杆18设于电磁铁线圈17的下面，在衔铁复位弹簧20的作用下，带有衔铁的阀杆18落座在位于下方的阀杆座19上。所述控制腔体21位于燃油喷射控制电磁阀16的下侧，该控制腔体21内设有控制腔22、进油节流孔23和泄油节流孔24，所述控制腔22分别与所述进油节流孔23和泄油节流孔24连通，该泄油节流孔24通过所述燃油喷射控制电磁阀16连通或是切断；在不通电时，燃油喷射控制电磁阀16为常闭式，带有衔铁的阀杆18切断所述泄油节流孔24与连通外部的泄油油路25的连通；在通电后，电磁铁线圈17产生向上的电磁力，带有衔铁的阀杆18向上运动，打开泄油节流孔24与泄油油路25的通路。所述喷油器体26位于控制腔体21的下侧，该喷油器体26的内部设有针阀座29，并且内腔中安装所述针阀27，该针阀27在位于上方的针阀复位弹簧28的作用下，与所述针阀座29紧密贴合，所述针阀27与喷油器体26之间形成有盛油槽30，所述高压燃油油路31设于所述喷油器体26内部且与该盛油槽30相连通；所述增压活塞下腔12同时与所述高压燃油油路31和进油节流孔23连通，所述增压活塞下腔12内的经增压的高压燃油分为两路，一路通过所述进油节流孔23进入到所述控制腔22内，另一路通过所述高压燃油油路31进入到所述盛油槽30内。

本发明的具体工作原理如下：在本发明中，燃油具有两个作用，一个是作为被喷射的燃料，用作喷油器的喷射，另一个是作为伺服油，用来驱动增压活塞，对低压燃油进行增压。作为燃料的低压燃油在燃油输油泵3的作用下，从燃油箱1泵出，通过燃油过滤器2、单向阀4、燃油进油管5进入到增压活塞下腔12内，完成吸油过程。增压活塞控制阀8为二位三通电磁控制阀，当不通电时，伺服油进油管6通过增压活塞控制阀8的内部油路与伺服油回油管7相连通，和增压活塞上腔11相切断，作为伺服油功能的燃油在燃油输油泵3的作用下，从燃油箱1流出，通过燃油过滤器2、伺服油进油管6、增压活塞控制阀8、伺服油回油管7流回到燃油箱1内，增压活塞大头9在增压活塞大头复位弹簧14的作用下处于增压活塞体13的上部。控制单元采集传感器得到的各类信号后，向增压活塞控制阀8发出指令信号，增压活塞控制阀8将连通着的伺服油进油管6和伺服油回油管7切断，而将增压活塞上腔11和伺服油进油管6相连通，作为伺服油的燃油进入到增压活塞上腔11内。当增压活塞上腔11内燃油产生的向下作用力大于增压活塞大头复位弹簧14产生的向上作用力和增压活塞下腔12内燃油产生的向上作用力之和时，增压活塞大头9开始沿着喷油器轴线向下运动，压缩增压活塞下腔12内的低压燃油，直到增压活塞受到作用力平衡时为止，此时燃油压力被增压到设定的喷射压力。在增压活塞对低压燃油进行增压的过程中，燃油分成两路：一路通过高压燃油油路31进入到喷油器体26上的盛油槽30内，另一路通过控制腔体21上的进油节流孔23进入到控制腔22内。燃油喷射控制电磁阀16为常闭式高速电磁阀，当不通电时，燃油喷射控制电磁阀16切断控制腔22和泄油油路25的连通，高压燃油无法从控制腔22经过泄油节流孔24和泄油油路25流出，此时，控制腔22内向下的燃油压力和针阀复位弹簧28产生的向下作用力大于盛油槽30内燃油产生的向上作用力，针阀27落座在针阀座29上，喷油器不喷油。当共轨喷油器的控制单元从传感器采集信号，判断需要喷油时，控制单元向燃油喷射控制电磁阀16发出控制信号，电磁铁线圈17内产生向上的电磁力，带有衔铁的阀杆18向上运动，连通控制腔22和泄油油路25，高压燃油通过泄油节流孔24从控制腔22流出，控制腔22内燃油压力下降。当盛油槽30内高压燃油产生向上的作用力大于针阀复位弹簧28产生的向下作用力与控制腔22内燃油产生的向下作用力之和时，针阀27抬起，喷油器开始喷油。当切断燃油喷射控制电磁阀16的控制信号后，带有衔铁的阀杆18落座，切断控制腔22内燃油通过泄油节流孔24的流出，控制腔22内重新建立起高压，当控制腔22内燃油产生的向下作用力和针阀复位弹簧28产生的向下作用力之和大针阀盛油槽30内高压燃油产生的向上作用力时，针阀27落座，喷油器喷油结束。在一次喷射结束后，增压活塞控制阀8接受控制单元发出的断电信号，增压活塞上腔11和伺服油回油管7接通，作为伺服油的燃油从增压活塞上腔11流出，由于增压活塞上腔11内油压降低，增压活塞大头9在增压活塞大头复位弹簧14的作用下，开始向上运动，造成增压活塞下腔12内油压下降，在压力差的作用下，共轨喷油器开始进行吸油，为下一次燃油喷射做准备。

根据上述工作过程的描述可知，采用所述的船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，通过对增压活塞控制阀和燃油喷射控制电磁控制阀工作特性的控制，可以实现对循环喷油量、喷油定时和喷油规律的精确柔性控制。共轨喷油器内部集成增压活塞，由于只有在增压情况下系统才有高压，降低了系统承受高压的负荷，保证了系统的可靠性。系统取消了伺服油供给部分，而是用低压燃油作为伺服油供给，简化了整个燃油喷射系统的结构，降低了系统成本。

上述仅为本发明的优选实施例，必须指出的是，所属领域的技术人员凡依本发明申请内容所作的各种等效修改、变化与修正，都应成为本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述共轨燃油喷射系统包括燃油供给部分和共轨喷油器；

所述燃油供给部分连接所述共轨喷油器且向该共轨喷油器供给燃油和伺服油；

所述共轨喷油器包括增压活塞控制阀、增压活塞、增压活塞大头复位弹簧、增压活塞体、燃油进油油路、燃油喷射控制电磁阀、控制腔体、控制腔、进油节流孔、泄油节流孔、泄油油路、喷油器体、针阀、针阀复位弹簧和高压燃油油路；其中，

增压活塞位于共轨喷油器的上部并设置于增压活塞体的内腔中，该增压活塞由上下连接为一体的增压活塞大头和增压活塞小头组成，该增压活塞大头与增压活塞体之间形成增压活塞上腔，该增压活塞小头与增压活塞体之间形成增压活塞下腔，增压活塞大头复位弹簧设于增压活塞体的内腔中且使得增压活塞大头在所述增压活塞上腔不充油的情况下始终位于上部；

增压活塞控制阀布置在共轨喷油器的上部且与燃油供给部分连接，该增压活塞控制阀的工作腔与所述增压活塞上腔相连通，该增压活塞控制阀控制燃油供给部分与该增压活塞上腔的连通或是切断，以实现燃油的增压或是燃油的吸油；

设置于增压活塞体内的燃油进油油路分别连通所述增压活塞下腔和燃油供给部分，该燃油供给部分通过燃油进油油路向该增压活塞下腔内充油以完成燃油的吸油；

燃油喷射控制电磁阀位于增压活塞的下方，对喷油定时和循环喷油量进行全工况的精确柔性控制；

控制腔体位于燃油喷射控制电磁阀的下侧，控制腔、进油节流孔和泄油节流孔设置于该控制腔体内，控制腔分别与进油节流孔和泄油节流孔连通，该泄油节流孔通过燃油喷射控制电磁阀与泄油油路连通或是切断；

喷油器体位于控制腔体的下侧，所述针阀安装于该喷油器体的内腔中，在针阀复位弹簧的作用下，该针阀与喷油器体上的针阀座紧密贴合，针阀与喷油器体之间形成有盛油槽，高压燃油油路设于喷油器体内部且与该盛油槽相连通；

增压活塞下腔同时与高压燃油油路和进油节流孔连通，该增压活塞下腔内的经增压的高压燃油分为两路，一路通过进油节流孔进入到控制腔内，另一路通过高压燃油油路进入到所述盛油槽内。

2.根据权利要求1所述的船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的增压活塞大头的直径大于所述增压活塞小头的直径，形成一定的增压比。

3.根据权利要求1所述的船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的增压活塞控制阀为二位三通电磁控制阀；所述燃油喷射控制电磁阀为二位二通液力平衡式高速电磁阀，内部设有电磁铁线圈、带有衔铁的阀杆、阀杆座和衔铁复位弹簧，其中，带有衔铁的阀杆设于电磁铁线圈的下面，在不通电时，在衔铁复位弹簧的作用下，带有衔铁的阀杆落座在位于其下方的阀杆座上，切断所述泄油节流孔与连通外部的所述泄油油路的通路；在通电后，电磁铁线圈产生向上的电磁力，带有衔铁的阀杆在电磁力的作用下向上运动，打开所述泄油节流孔与该泄油油路的通路。

4.根据权利要求1所述的船用低速柴油机双电磁阀控制的共轨燃油喷射系统，其特征在于：所述的燃油供给部分包括燃油箱、燃油过滤器、燃油输油泵、单向阀、燃油进油管、伺服油进油管和伺服油回油管；所述燃油进油管连接所述共轨喷油器的燃油进油油路，所述伺服油进油管连接所述共轨喷油器的增压活塞控制阀，所述伺服油回油管一端连接所述燃油箱，另一端连接所述增压活塞控制阀；所述燃油箱中的低压燃油依次通过所述燃油过滤器和燃油输油泵后分为两路，一路依次通过单向阀、燃油进油管和燃油进油油路进入所述共轨喷油器的增压活塞下腔以完成燃油的吸油，另一路作为增压活塞的驱动伺服油，依次通过所述伺服油进油管和增压活塞控制阀上的油口进入到所述共轨喷油器的增压活塞上腔以实现燃油的增压。